(57)【要約】【課題】難燃性燃料の不完全燃焼を抑制することができる難燃性燃料エンジンを提供する。【解決手段】燃焼室２ａ内に供給されたアンモニアを燃焼させる難燃性燃料エンジン１は、燃焼室内２ａを加熱する加熱手段３を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に供給された難燃性燃料を燃焼させる難燃性燃料エンジンであって、
前記燃焼室内を加熱する加熱手段を備えていることを特徴とする難燃性燃料エンジン。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記燃焼室内を難燃性燃料の引火点以上の所定温度まで加熱する請求項１に記載の難燃性燃料エンジン。
【請求項３】
前記難燃性燃料がアンモニアであり、
前記所定温度が３００℃以上１１００℃以下に設定されている請求項２に記載の難燃性燃料エンジン。
【請求項４】
前記加熱手段は、前記燃焼室内で発生した熱を蓄熱する蓄熱部をさらに備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載の難燃性燃料エンジン。
【請求項５】
前記加熱手段は、通電により発熱する電熱線を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の難燃性燃料エンジン。
【請求項６】
前記加熱手段は、通電により発熱する電熱線を有し、
前記蓄熱部は、前記電熱線を覆う筒状の金属管を有する請求項４に記載の難燃性燃料エンジン。
【請求項７】
前記蓄熱部は、前記金属管の外周に巻回された金属線をさらに有する請求項６に記載の難燃性燃料エンジン。
【請求項８】
前記金属線は、線径が異なる複数の線材からなる請求項７に記載の難燃性燃料エンジン。
【請求項９】
前記燃焼室内に供給された難燃性燃料を点火させる点火部を有する点火プラグをさらに備え、
前記蓄熱部は、前記点火プラグの点火部の近傍に取り付けられている請求項４に記載の難燃性燃料エンジン。
【請求項１０】
前記加熱手段を駆動させるための操作指令を出力する操作手段と、
前記燃焼室内に難燃性燃料を供給する供給手段と、
前記操作手段により前記操作指令が出力されると、前記加熱手段により前記燃焼室内を所定時間加熱した後に、前記供給手段を駆動させて前記燃焼室内に難燃性燃料を供給させる制御手段と、をさらに備えている請求項１〜９のいずれか一項に記載の難燃性燃料エンジン。
【請求項１１】
前記燃焼室内の温度を測定する温度測定手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記温度測定手段の測定温度に基づいて前記所定時間を設定する請求項１０に記載の難燃性燃料エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア等の難燃性燃料を用いる難燃性燃料エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止などの環境保全の観点から、再生可能な燃料を用いたエンジンが着目されている。しかし、この再生可能な燃料を用いたエンジンは、アンモニア等の難燃性燃料を用いるものが多いため、難燃性燃料を燃え易くするための工夫が必要になる。このため、従来の難燃性燃料エンジンは、燃焼室に複数の点火プラグを配置し、点火火災核を複数の箇所で生成することによって、難燃性燃料（アンモニア）を容易に燃焼させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５９７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の難燃性燃料エンジンにあっては、難燃性燃料を十分に燃焼させることができないため、不完全燃焼によりアンモニアガス等の毒性ガスが排出されるという問題があった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、難燃性燃料の不完全燃焼を抑制することができる難燃性燃料エンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）前記目的を達成するための本発明の難燃性燃料エンジンは、燃焼室内に供給された難燃性燃料を燃焼させる難燃性燃料エンジンであって、前記燃焼室内を加熱する加熱手段を備えていることを特徴とする。
本発明の難燃性燃料エンジンによれば、加熱手段によって燃焼室内を加熱することにより、燃焼室内の温度を高めることができるため、燃焼室内に供給された難燃性燃料の燃焼効率を向上させることができる。これにより、難燃性燃料の不完全燃焼を抑制することができる。
【０００６】
（２）前記加熱手段は、前記燃焼室内を難燃性燃料の引火点以上の所定温度まで加熱することが好ましい。
この場合、加熱手段によって燃焼室内を難燃性燃料の引火点以上の所定温度まで加熱するため、燃焼室内に供給された難燃性燃料の燃焼効率をさらに向上させることができる。これにより、難燃性燃料の不完全燃焼を効果的に抑制することができる。
【０００７】
（３）前記難燃性燃料エンジンは、前記難燃性燃料がアンモニアであり、前記所定温度が３００℃以上１１００℃以下に設定されていることが好ましい。
この場合、燃焼室内に供給されたアンモニアの燃焼効率を向上させることができるため、アンモニアの不完全燃焼をさらに効果的に抑制することができる。
【０００８】
（４）前記加熱手段は、前記燃焼室内で発生した熱を蓄熱する蓄熱部をさらに備えていることが好ましい。
この場合、蓄熱部に蓄熱された熱を燃焼室内を加熱する熱源として用いることができるため、加熱コストを低減することができる。
【０００９】
（５）前記加熱手段は、通電により発熱する電熱線を有することが好ましい。
この場合、通電によって電熱線を発熱させるという簡単な構成によって、燃焼室内を加熱することができる。
【００１０】
（６）前記加熱手段は、通電により発熱する電熱線を有し、前記蓄熱部は、前記電熱線を覆う筒状の金属管を有するものであってもよい。
この場合、電熱線から発生した熱を金属管に蓄熱することができるため、加熱コストを効果的に低減することができる。
【００１１】
（７）前記蓄熱部は、前記金属管の外周に巻回された金属線をさらに有することが好ましい。
この場合、燃焼室内において金属管の外側で発生した熱を金属線に蓄熱することができるため、加熱コストをさらに効果的に低減することができる。
【００１２】
（８）前記金属線は、線径が異なる複数の線材からなることが好ましい。
この場合、線径が異なる複数の線材に蓄熱することができるため、蓄熱効率を向上させることができる。
【００１３】
（９）前記難燃性燃料エンジンは、前記燃焼室内に供給された難燃性燃料を点火させる点火部を有する点火プラグをさらに備え、前記蓄熱部は、前記点火プラグの点火部の近傍に取り付けられていることが好ましい。
この場合、難燃性燃料を点火させたときに発生する熱を蓄熱部により効率的に蓄熱することができる。
【００１４】
（１０）前記難燃性燃料エンジンは、前記加熱手段を駆動させるための操作指令を出力する操作手段と、前記燃焼室内に難燃性燃料を供給する供給手段と、前記操作手段により前記操作指令が出力されると、前記加熱手段により前記燃焼室内を所定時間加熱した後に、前記供給手段を駆動させて前記燃焼室内に難燃性燃料を供給させる制御手段と、をさらに備えていることが好ましい。
この場合、燃焼室内を加熱した状態で難燃性燃料が供給されるため、難燃性燃料の燃焼効率をさらに向上させることができ、難燃性燃料の不完全燃焼を効果的に抑制することができる。また、単一の操作手段を操作することによって、加熱手段の駆動と供給手段の駆動とを行うことができるため、難燃性燃料エンジンを容易に始動させることができる。
【００１５】
（１１）前記難燃性燃料エンジンは、前記燃焼室内の温度を測定する温度測定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記温度測定手段の測定温度に基づいて前記所定時間を設定することが好ましい。
この場合、燃焼室内の温度に基づいて加熱手段による加熱時間が設定されるため、燃焼室内の温度を所定温度まで確実に高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の難燃性燃料エンジンによれば、燃焼室内に供給された難燃性燃料の燃焼効率を向上させることができるため、難燃性燃料の不完全燃焼を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る難燃性燃料エンジンの側断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図であり、上記難燃性燃料エンジンの加熱手段の平面図である。
【図３】上記加熱手段の拡大側断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】上記難燃性燃料エンジンの始動手順を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る難燃性燃料エンジンの点火プラグを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る難燃性燃料エンジンの加熱手段の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る難燃性燃料エンジンの側断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
図１において、本実施形態の難燃性燃料エンジン１は、内部に燃焼室２ａを有するシリンダ２と、燃焼室２ａ内を加熱する加熱手段３と、燃焼室２ａ内に難燃性燃料であるアンモニアを供給する供給手段４と、燃焼室２ａ内に供給されたアンモニアを点火させる点火プラグ５と、燃焼室２ａ内から燃焼後の排気ガスを排出する排出手段６とを備えている。なお、本実施形態の難燃性燃料エンジン１は、アンモニア以外の他の難燃性燃料を用いることができるマルチフューエルエンジンとされている。
【００１９】
シリンダ２は、筒状のシリンダライナ２ｂと、シリンダライナ２ｂの上部開口を覆うシリンダヘッド２ｃと、シリンダライナ２ｂ内に往復動可能に設けられたピストン２ｄとを有している。シリンダライナ２ｂとシリンダヘッド２ｃとピストン２ｄとによって囲まれた空間が燃焼室２ａとされている。ピストン２ｄの上面には、ピストン２ｄがシリンダライナ２ｂ内を最上昇したときに、加熱手段３が収容される凹部２ｅが形成されている。これにより、ピストン２ｄを加熱手段３と干渉することなく最上昇させることができる。
【００２０】
点火プラグ５は、供給手段４と排出手段６との間においてシリンダヘッド２ｃを貫通して固定されており、その下端部に設けれた点火部５ａは燃焼室２ａ内に配置されている。また、点火部５ａは、図２に示すように、シリンダ２の軸心Ｃに対して供給手段４側（図２の左側）にオフセットした位置に配置されている。
加熱手段３は、図１及び図２に示すように、複数（本実施形態では４個）の支持部材７を介してシリンダヘッド２ｃの下面に固定されている。加熱手段３の詳細については後述する。
【００２１】
図１において、供給手段４は、シリンダヘッド２ｃに貫通形成された供給孔２ｃ１を開閉する供給弁４ａと、供給弁４ａを開閉駆動する供給弁駆動手段４ｂとを備えており、供給弁駆動手段４ｂにより供給弁４ａを開放駆動することにより、供給孔２ｃ１から燃焼室２ａ内にアンモニアが供給されるようになっている。
【００２２】
排出手段６は、シリンダヘッド２ｃに貫通形成された排出孔２ｃ２を開閉する排出弁６ａと、排出弁６ａを開閉駆動する排出弁駆動手段６ｂとを備えており、排出弁駆動手段６ｂにより排出弁６ａを開放駆動することにより、燃焼室２ａ内の燃焼後の排気ガスが排出孔２ｃ２から排出されるようになっている。
【００２３】
図３は加熱手段３の拡大側断面図であり、図４は図３のＢ−Ｂ断面図である。
図３及び図４において、加熱手段３は、通電により発熱する電熱線３ａと、電熱線３ａを覆う円筒状の金属管３ｂと、金属管３ｂの外周に巻回された金属線３ｃとによって構成されており、エンジンを始動する前に、燃焼室２ａ内を１００℃以上１２００℃以下（より好ましくは、アンモニアの引火点（約１３０℃）以上である３００℃以上１１００℃以下）の所定温度Ｔまで加熱するようになっている。
【００２４】
電熱線３ａは、例えば螺旋状のニクロム線からなり、ケーブル８（図１に示す）に接続されている。ケーブル８は、シリンダヘッド２ｃに貫通形成された取入孔２ｃ３から燃焼室２ａ内に取り入れられている。
金属管３ｂは、その内部には電熱線３ａが収容されている。また、金属管３ｂの内部には、電熱線３ａの周囲を覆う絶縁体３ｄが充填されている。金属管３ｂは、図２に示すように、点火プラグ５を中心として渦巻状に形成されており、燃焼室２ａ全体を均一に加熱するようになっている。
【００２５】
金属線３ｃは、線径が異なる複数の線材からなる。この複数の線材には、線径が０．５〜３．０ｍｍの第１線材３ｃ１と、線径が０．１〜１．０ｍｍの第２線材３ｃ２とが含まれている。第１線材３ｃ１及び第２線材３ｃ２は、いずれもＳＵＳ又はＣｒ等の耐熱性を有する金属材料からなり、第１線材３ｃ１は金属管３ｂの外周に螺旋状に巻回され、第２線材３ｃ２は第１線材３ｃ１の外側に螺旋状に巻回されている。
【００２６】
前記金属管３ｂ及び金属線３ｃは、燃焼室２ａ内で発生した熱を蓄熱する蓄熱部３１とされている。より具体的には、金属管３ｂは主に電熱線３ａから発生した熱を蓄熱し、金属線３ｃは燃焼室２ａ内においてアンモニアの燃焼によって発生する熱、すなわち金属管３ｂの外側で発生した熱を蓄熱するようになっている。
【００２７】
図１において、難燃性燃料エンジン１は、加熱手段３を駆動させるための操作指令を出力する操作スイッチ（操作手段）１１と、燃焼室２ａ内の温度を測定する温度測定手段１２と、難燃性燃料エンジン１を駆動制御する制御手段１３とをさらに備えている。
【００２８】
温度測定手段１２は、図３に示すように、金属管３ｂ内において電熱線３ａを挟んで配置されるとともに前記絶縁体３ｂにより周囲を覆われた状態で収容された一対の熱電対素線１２ａを有している。また、温度測定手段１２は、図１に示すように、ケーブル９に接続されている。このケーブル９は、シリンダヘッド２ｃの取入孔２ｃ３から前記ケーブル８とともに燃焼室２ａ内に取り入れられている。温度測定手段１２の測定温度は、ケーブル９を介して制御手段１３に入力されるようになっている。
【００２９】
操作スイッチ１１は、加熱手段３の電熱線３ａへの通電をオンオフ操作する操作指令を出力するものである。操作スイッチ１１の操作指令は、制御手段１３に入力されるようになっている。
制御手段１３は、操作スイッチ１１及び温度測定手段１２の入力信号に基づいて、供給弁駆動手段４ｂ及び排出弁駆動手段６ｂに駆動指令を出力し、これらの駆動手段４ｂ，６ｂを駆動させるようになっている。
【００３０】
図５は、難燃性燃料エンジン１の始動手順を示すタイムチャートである。図５において、制御手段１３は、操作手段１１により電熱線３ａへの通電をオン操作する操作指令が出力されると、電熱線３ａを通電により発熱させて燃焼室２ａ内を加熱する。そして、制御手段１３は、電熱線３ａへの通電から所定時間ｔが経過すると、エンジンを始動する。すなわち、制御手段１３は、供給弁駆動手段４ｂを駆動させて、燃焼室２ａ内にアンモニアを供給する。
【００３１】
制御装置１３は、温度測定手段１２の測定温度に基づいて、所定時間ｔを設定するようになっている。より具体的には、制御装置１３は、温度測定手段１２の測定温度から前記所定温度Ｔまで、燃焼室２ａ内の温度を上昇させるのに必要な時間を所定時間ｔとして設定する。このように、制御装置１３において燃焼室２ａの燃焼条件（点火時期）を設定することにより、燃焼室２ａ内を前記所定温度Ｔまで確実に加熱した状態でエンジンを始動させることができる。なお、エンジンを始動させて燃焼室２ａ内にアンモニアを供給した後は、シリンダ２のピストン２ｄを上昇させて燃焼室２ａ内のアンモニアを圧縮した状態で、点火プラグ５によってアンモニアを点火させる。
【００３２】
以上、本実施形態の難燃性燃料エンジン１によれば、加熱手段３によって燃焼室２ａ内を加熱することにより、燃焼室２ａ内の温度を高めることができるため、燃焼室２ａ内に供給されたアンモニアの燃焼効率を向上させることができる。これにより、アンモニアの不完全燃焼を抑制することができる。
また、加熱手段３は、燃焼室２ａ内をアンモニアの引火点以上の所定温度Ｔまで加熱するため、燃焼室２ａ内に供給されたアンモニアの燃焼効率をさらに向上させることができる。これにより、アンモニアの不完全燃焼を効果的に抑制することができる。
【００３３】
また、加熱手段３によって、燃焼室２ａ内を３００℃以上１１００℃以下の所定温度まで加熱することにより、燃焼室２ａ内に供給されたアンモニアの燃焼効率をさらに向上させることができる。これにより、アンモニアの不完全燃焼をさらに効果的に抑制することができる。
また、通電によって電熱線３ａを発熱させるという簡単な構成によって、燃焼室２ａ内を加熱することができる。
【００３４】
また、燃焼室２ａ内で発生した熱を蓄熱部３１に蓄熱することができるため、蓄熱部３１に蓄熱された熱を燃焼室２ａ内を加熱する熱源として用いることができる。これにより、燃焼室２ａ内を加熱するための加熱コストを低減することができる。
また、蓄熱部３１は、電熱線３ａを覆う筒状の金属管３ｂを有しているため、電熱線３ａから発生した熱を金属管３ｂに蓄熱することができる。これにより、加熱コストを効果的に低減することができる。
【００３５】
また、蓄熱部３１は、金属管３ｂの外周に巻回された金属線３ｃを有しているため、燃焼室２ａ内において金属管３ｂの外側で発生した熱を金属線３ｃに蓄熱することができる。これにより、加熱コストをさらに効果的に低減することができる。
また、金属線３ｃは、線径が異なる第１線材３ｃ１と第２線材３ｃ２とに蓄熱することができるため、蓄熱効率を向上させることができる。
【００３６】
また、制御手段１３は、操作スイッチ１１により電熱線３ａへの通電をオン操作する操作指令が出力されると、電熱線３ａにより燃焼室２ａ内を所定時間ｔの間加熱した後に、供給弁駆動手段４ｂを駆動させて燃焼室２ａ内にアンモニアを供給するようにしたので、アンモニアの燃焼効率をさらに向上させることができ、アンモニアの不完全燃焼を効果的に抑制することができる。また、単一の操作スイッチ１１を操作することによって、電熱線３ａへの通電と供給弁駆動手段４ｂの駆動とを行うことができるため、難燃性燃料エンジン１を容易に始動させることができる。
また、制御手段１３は、燃焼室２ａ内の温度を測定する温度測定手段１２の測定温度に基づいて、加熱手段３による加熱時間を設定しているため、燃焼室２ａ内の温度を所定温度まで確実に高めることができる。
【００３７】
図６は本発明の第２の実施形態に係る難燃性燃料エンジンの点火プラグを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。図６（ａ）及び（ｂ）において、本実施形態の難燃性燃料エンジンは、蓄熱部３１が点火プラグ５の点火部５ａの近傍に取り付けられている。この蓄熱部３１は、点火プラグ５の下面に垂下固定された中実の金属棒３ｅと、この金属棒３ｅの外周に螺旋状に巻回された金属線３ｆとによって構成されている。
【００３８】
金属棒３ｅは、側面視において略Ｌ字状に形成されるとともに正面視において略Ｕ字状に形成されており、点火プラグ５の下面から下方に延びる一対の垂下部３ｅ１と、各垂下部３ｅ１の下端同士を連結する水平部３ｅ２とを有している。水平部３ｅ２は、点火部５ａの真下を跨ぐように配置されている。
金属線３ｆは、線径の異なる複数の線材（図示省略）からなる。これらの線材は、第１の実施形態の金属線３ｃと同様の構成であるため、その説明は省略する。
【００３９】
以上、本実施形態の難燃性燃料エンジンによれば、蓄熱部３１は、点火プラグ５の点火部５ａの近傍に取り付けられているため、アンモニアを点火させたときに発生する熱を蓄熱部３１により効率的に蓄熱することができる。
【００４０】
また、蓄熱部３１は、金属棒３ｅの外周に巻回された金属線３ｆを有しているため、燃焼室２ａ内において発生した熱を金属線３ｆに蓄熱することができる。これにより、加熱コストをさらに効果的に低減することができる。
また、金属線３ｆは、線径が異なる線材に蓄熱することができるため、蓄熱効率を向上させることができる。
【００４１】
上述の実施形態はすべて例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は特許請求の範囲によって規定され、そこに記載された構成と均等の範囲内のすべての変更は本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、上述の実施形態では、難燃性燃料としてアンモニアを用いているが、他の難燃性燃料を用いても良い。
【００４２】
また、加熱手段３は、電熱線３ａを熱源としているが、熱光線、プラズマ熱、熱風、赤外線、電磁波等のその他の熱源を利用してもよい。
さらに、加熱手段３は、電熱線３ａと蓄熱部３１とによって構成されているが、電熱線３ａのみで構成されていてもよい。
【００４３】
また、蓄熱部３１の金属管３ｂは、渦巻状に形成されているが、図７に示すように、周方向に凹凸形状が連続するように形成されていてもよい。
また、蓄熱部３１は、金属管３ｂ（金属棒３ｅ）と、金属線３ｃ（３ｆ）とによって構成されているが、金属管３ｂ（金属棒３ｅ）のみ又は金属線３ｃ（３ｆ）のみで構成されていてもよい。
【００４４】
また、難燃性燃料エンジン１を始動させる際に、単一の操作スイッチ１１を操作することによって、加熱手段３の駆動と供給手段４の駆動とを行うようにしているが、加熱手段３の駆動と供給手段４の駆動とをそれぞれ専用の操作スイッチによって操作するようにしてもよい。
また、温度測定手段１２は、シリンダライナ２ｂの外周面に取り付けて、シリンダライナ２ｂの温度を燃焼室２ａ内の温度として測定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１      難燃性燃料エンジン
２ａ    燃焼室
３      加熱手段
３ａ    電熱線
３ｂ    金属管
３ｃ    金属線
３ｃ１  第１線材（線材）
３ｃ２  第２線材（線材）
４      供給手段
５      点火プラグ
５ａ    点火部
１１      操作スイッチ（操作手段）
１２      温度測定手段
１３      制御手段
３１      蓄熱部
【図１】
2013068126.tif 000003
【図２】
2013068126.tif 000004
【図３】
2013068126.tif 000005
【図４】
2013068126.tif 000006
【図５】
2013068126.tif 000007
【図６】
2013068126.tif 000008
【図７】
2013068126.tif 000009